鄭-西客專信號系統應答器性能分析

鄭福林

（西安鐵路職業技術學院 陜西 西安 710014）

鄭州—西安客運專線（以下簡稱鄭—西客專）信號系統采用CTCS-3級列控系統（兼容CTCS-2功能），CTCS-3級為主用列控系統，CTCS-2級為備用列控系統。CTCS-3級列控系統，滿足最高運行速度350 km/h,列車正向運行追蹤間隔時間3分鐘的要求，CTCS-2級滿足最高運行速度300 km/h要求。不管是CTCS-3還是CTCS-2都是通過應答器向車載設備傳遞信息，下面對應答器的作用及性能作以分析。

1 應答器的結構和原理

1.1 基本原理

應答器的主要用途是向列控車載設備提供可靠的地面固定信息和可變信息。應答器系統是一種采用電磁感應原理構成的高速點式數據傳輸設備，用于在特定地點實現地面與列車間的相互通信。安裝于兩根鋼軌中心枕木上的地面應答器不要求外加電源，平時處于休眠狀態，僅靠瞬時接收車載天線的功率而工作，并能在接收到車載天線功率的同時，向車載天線發送大量的編碼信息。

當列車經過無源應答器上方時，無源應答器接收到車載天線發射的電磁能量后，將其轉換成電能，使地面應答器中的電子電路工作，把存儲在地面應答器中的報文循環發送出去。

有源應答器通過與LEU的連接，可實時改變傳送掉的數據報文。當與LEU通信故障時，有源應答器可以自動切換到無源應答器工作模式，發送預先存儲在應答器中的默認報文[1]。

1.2 結構框圖

應答器的電路結構框圖如圖1所示。該電路主要由C接口電路、A接口電路、制造信息存儲、報文存儲應答器控制模塊組成。應答器控制模塊是整個電路的控制核心，當電源建立后，它首先判斷由C接口發送的數據是否有效，若該數據無效或無數據，控制模塊使用存儲在報文存儲器中的數據，將其進行FSK調制后，輸出到數據收發模塊，經功率放大后，由耦合線圈發送。當控制模塊上電時，判斷C接口的數據有效，則控制模塊將發送C接口傳來的數據。一旦數控模塊做出報文選擇，在這次上電的工作周期內，無論C接口的數據有效與否，應答器都不改變發送的數據。當車載天線離開應答器上方后，應答器掉電，停止數據發送[1-2]。

圖1 應答器電路結構框圖Fig.1 Block diagram of transponder circuit

2 鄭—西客專應答器的設置

鄭—西客專在列車控制系統中，車-地信息的傳遞是靠應答器來完成的。分為有源應答器和無源應答器，向列車傳遞大量的固定信息和可變信息，其中包括：1）線路基本參數，如線路坡度，軌道區段參數；2）線路速度信息，如線路最大允許速度，列車最高允許速度；3）臨時限速信息；4）車站進路信息；5）道岔信息；6）特殊定位信息；7）其他信息。

2.1 有源應答器設置

客專在進站口（包括反方向的進站口）設置了有源應答器。正方向進站口的應答器用于提供列車正方向進站所需的信息，如正向鏈接、線路坡道、軌道區段、臨時限速信息。反方向進站口的應答器，按列車正向運行，該處的有源應答器，當排列正向發車時，有源應答器發送正向鏈接信息包，臨時限速信息包。當排列反向接車時，發送線路坡度、線路速度、軌道區段、臨時限速、反向運行信息包[3-4]。

2.2 無源應答器設置

客專在進站口（包括反方向的進站口）設置了無源應答器，進站口的第一個應答器為無源應答器，用于提供反方向行車時所需的數據，如反方向的鏈接，反向運行、反向運行的軌道區段和調車危險信息包。反方向進站口第二個應答器也為無源應答器，提供正向運行的線路坡度、軌道區段和調車危險信息包。

區間設有無源應答器（組），用于提供線路固定參數，如線路的坡度、線路的允許速度、軌道區段、鏈接信息等[5-6]。

3 應答器性能分析

客專的車載設備根據地面設備提供的動態信息、線路靜態參數、臨時限速信息及有關動車組數據，生成控制速度和目標距離的一次模式曲線，控制列車運行，為司機提供機車信號與行車監督服務（列車司機遵守行車規程駕駛），同時，記錄單元對ATP有關數據及操作狀態信息實時動態記錄。

3.1 兼顧CTCS-3級與CTCS-2級列控系統要求

鄭—西客專正線 （新滎陽—新臨潼—西安北）采用CTCS-3級（兼顧CTCS-2級功能）列控系統。鄭州西站—鄭州站—五里堡客整所，窯村站—西安站采用CTCS-2列控系統。CTCS-3級列控系統滿足列車運行速度350 km/h，行車間隔3分鐘的要求，最高設計速度和驗收速度達到350 km/h。當列車由CTCS-3級控制模式操控時，車載設備將于RBC保持通信會話，并讀取應答器的數據。當列車由CTCS-2級控制模式操控時，列車將采集軌道編碼數據，并讀取應答器。在CTCS-2級時，車載設備將切斷與RBC的連接，如果車載設備此時接收的應答器信息包括CTCS-3級信息，車載設備將忽略該信息。

CTCS-3級與CTCS-2級之間的切換可由地面設備控制實現不停車自動切換，也可由司機人工切換。由應答器RBC向EVC發出的信息或司機通過DMJ的選擇控制[7]。

3.2 信息包數據信息明確

前面提及應答器向列控車載設備傳遞動態信息和靜態數據，分有源和無源應答器，有源應答器與LEU鏈接，用于發送來自LEU的報文，主要發送進路信息和臨時限速信息。無源應答器用于發送固定不變的數據，如線路坡度、最大運行速度、軌道電路參數、列控等級切換等信息。這些信息都是以包的形式出現，且信息數據明確。

1）軌道區段信息包 軌道區段信息包主要描述軌道區段的長度載頻及信號機類型，如表1所示列車車載設備根據信號機類型判斷閉塞分區，利用頻率信息并根據列車運行位置，鎖定接收應答器描述的當前載頻，接收低頻信號，根據低頻信號信息及軌道區段長度確定目標點，生成控速模式曲線[1]。

2）線路坡度信息包 應答器的線路坡度信息包主要用來描述線路的坡度參數，分別描述了坡度的起點、終點、坡道的類型及坡度值，如表2所示。

3）線路速度信息包 應答器線路速度信息包用來描述線路的速度參數，其中存入應答器的速度數據是按5 km/h精度取整后的線路速度數據。線路速度數據包與線路坡度信息包數據相似，用來描述速度的頭尾有效性，當列車由高速區段進入一個低速區段時，該線路區段允許運行速度對列車頭部有效，反之對列車尾部有效。同一線路區段對某些特殊列車可有不同的列車允許運行速度，分別用變量給出列車類型及相應的速度。

表1 區間信號點、軌道區段數據表舉例Tab.1 Interval signal point,track segment data table example

表2 線路坡度表舉例Tab.2 Line slope table example

3.3 信息數據規范、準確、安全

應答器數據的準確性，直接影響著列車的控制安全。在CTCS-3(CTCS-2)級列控系統中，應答器用戶數據表的編制，嚴格各種數據類型的規范性，如信號機名稱，長度數據的精度、里程表的表示等，都采用標準的格式，做到了文字及格式的統一規范。另外，列車控制方式采用速度-距離方式，提高了長度信息與線路實際距離的精度，是列車控制更準確。還有就是在特殊情況下，當應答器丟失或故障導致鏈接失敗后，列控車載設備會采用相應的措施控制列車安全運行，從而保證行車安全。

4 結束語

在CTCS-3（CTCS-2）級列控系統中，信息的傳遞是靠應答器完成的。應答器性能的好壞，直接影響著列車運行的安全。在實際應用中，不僅要選用高性能的應答器，同時還應注意日常的維護和維修，使設備處于良好的工作長態，以保證信道的暢通，從而為安全行車提供保證。

[1]徐嘯明.列控地面設備[M].北京：中國鐵道出版社，2007：24-27.

[2]徐嘯明.列控車載設備[M].北京：中國鐵道出版社，2007：25.

[3]張鐵増.列車運行控制系統[M].北京：中國鐵道出版社，2009：107-108.

[4]曹小清，王長林，張樹京.基于通信的軌道交通運行控制[M].上海：同濟大學出版社，2007：74-75.

[5]付又新.信號工 [M].北京：中國鐵道出版社，2009：222-223.

[6]林瑜筠.機車信號車載系統和站內電碼化[M].北京：中國鐵道出版社，2008：67.

[7]西安鐵路局職工教育處.鄭西客運專線新技術新裝備[M].2009：24-25.